Question

神州七號載人飛船在太空真空狀態(tài)下飛行，要求飛船的艙門必須具有良好的密封性，以確保航天員的生命安全。為此，要在發(fā)射前檢驗飛船艙門的密封性能，科研人員采用了如下的檢驗方法：將待檢驗的飛船艙體M置于一個集氣空腔N中，如下圖甲所示。為了模擬飛船飛行時的真實環(huán)境，先對艙體M充入壓強為1.0×10⁵pa的空氣，然后，把集氣空腔N抽成真空，集氣空腔N不漏氣。若飛船艙門漏氣，經(jīng)過一段時間便會有氣體從艙體M進入集氣空腔N中，艙體M中的壓強將減小，集氣空腔N中的壓強將增大。為了測量艙體M和集氣空腔N中的壓強，設(shè)計了如下圖中所示的電路。其中，R_M、R_N是兩個完全相同的力敏電阻（電阻值會隨所受壓強大小發(fā)生變化的可變電阻）。已知集氣空腔N的容積為5V，艙體M的容積為V，不計艙體M器壁的體積，整個過程溫度不變。電路中R₀的阻值為10?，電源電壓恒為9V。力敏電阻R_M、R_N的阻值隨氣體壓強變化的關(guān)系如下表：

請回答下列問題：

（1）若飛船艙門漏氣，則空氣從艙體M中緩慢逸出過程中，電流表和電壓表的讀數(shù)將如何變化？

（2）若在檢驗過程中，某時刻電壓表和電流表的示數(shù)分別為4.5V和0.225A，飛船艙門的面積是0.6m²，請計算此時艙門受到的內(nèi)外壓力差。

（3）實驗表明，一定質(zhì)量的氣體在溫度不變的情況下，壓強隨體積的變化如下圖乙所示。若空氣從艙體M中逸出，經(jīng)過一定的時間后，M、N中的壓強相等，則此時電流表和電壓表的讀數(shù)分別是多少？

Answer 1

（1）電流表讀數(shù)變大    電壓表讀數(shù)變大

（2）I=U₀/R₀=（9V-4.5V）/10Ω=0.45A

R_M=U_M/I=4.5V/0.45A=10Ω           

查表可知R_M=10Ω時對應的氣壓值為0.6×10⁵ Pa         

R_N=U/I=9V/0.225A=40Ω

查表可知R_N=40Ω時對應的氣壓值為0.1×10⁵ Pa         

此時艙門受到的內(nèi)外壓力差ΔF=ΔpS=（0.6×10⁵ Pa-0.1×10⁵ Pa）×0.6 m²

=3×10⁴ N （其他解法合理即可）                      

（3）由題意和圖像可知，當M、N中的氣體壓強相等時，M、N中的氣壓值均

為0.2×10⁵ Pa                                            

查表可知，此時R_M、R_N的電阻值均為30Ω                

I_M=9V/（30Ω+10Ω）=0.225A

U_M=0.225A×30Ω=6.75V   電壓表的讀數(shù)為6.75V         

I_N=9V/30Ω=0.3A          電流表的讀數(shù)為0.3A